JPH073375B2 - 分布型圧覚センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分布型圧覚センサんに関し、詳しくは、ロボッ
トハンド等に装着して、装着面に対して垂直方向に加わ
る力の分布を検出することが可能な分布型圧覚センサに
関する。

〔従来の技術〕

従来の分布型圧覚センサは、検出素子に導電性を有する
ゴムまたはプラスチックを用いたものが提案されてい
る。第３図はその１例を示し、互いに直角方向に細し導
電性のゴム条８、および９を２層に組み合わせて構成し
たものである。このような圧覚センサにおいては、ゴム
条の配列面に対して垂直方向の力が加わると、ゴム条８
と９との接触部分の面積が増加し抵抗が減少する。そこ
で、第４図に示したように電圧端子10に例えば5Vの電圧
を1000Ωの抵抗11を介して印加し、出力点12の電圧をと
り出して測定することにより、加えられた力の大きさを
知ることができる。

また、第５図は分布型圧覚センサの他の例でホール素子
13を磁石14に対向させて設け、受圧面16に垂直方向の力
が加わったときに、ホール素子13をばね15に抗して変位
させ、磁束の変化を検出することにより加えられた力の
大きさを知るものである。第６図は更に他の例を示し、
不図示の、半導体ストレンゲージが一方の面上に形成さ
れ、受圧部2Aを有する荷重検出素子２が弾性床３上にア
レイ状に配置されていて、更に荷重検出素子２からの信
号を取り出すための配線を有するフレキシブルプリント
回路基板４の電極がはんだバンプ等の端子接続部５を介
して荷重検出素子２に接続されることにより、対象物６
から受圧部2Aに垂直荷重が加えられると、該荷重検出素
子２が弾性床３と共に変形して、半導体ストレンゲージ
の抵抗値が変化するのを検出することにより力の大きさ
が検出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の技術による第１例の分布型圧覚セ
ンサでは、加えられた力に比例して接触部分の面積が変
化するとは限らず、接触部分の抵抗値変化が力に比例せ
ずセンサ出力が非線形になること、および電源端子、グ
ランド端子、出力端子をそれぞれのゴム条に接続しなけ
ればならないために、力の分布を高密度に検出しようと
すると配線数が多くなってしまう等の欠点がある。

また、従来の技術による第２例の分布型圧覚センサで
は、加えられた力に応じてホール素子13を変位させるメ
カニズムが複雑になるため、センサの分布密度を高める
ことができず、更にまた上述の第１例と同様に配線数が
多くなる等の欠点がある。

更にまた、従来技術による第３例の分布型圧覚センサで
は、上述の第1,2の例における、センサ出力の非線形、
複雑なメカニズム、および配線数が多い等の課題につい
ては解決しているものの、第７図に示すように荷重検出
素子２の受圧部2Aから外れた点で対象物６が接触する
と、フレキシブルプリント回路基板４上に対象物６が接
触してしまい、第８図に示すようにフレキシブルプリン
ト回路基板４が変形し荷重検出素子２と回路基板４との
端子接続部５に応力がかかってしまう。

また、通常のフレキシブルプリント回路基板４では、第
９図に示すようにその上面に端子接続部５が層状に構成
されていて端子接続部５の剛性が比較的高いために、第
10図に示すように受圧部2Aに荷重が直接加えられると荷
重検出素子２が第11図のように変形することによって、
荷重検出素子２とフレキシブルプリント回路基板４とを
接続している端子接続部５に集中的に応力がかかってし
まい端子接続部５に対する電気的接続にかかわる信頼性
を低下させる原因となる。また、荷重検出素子２と弾性
床３との位置決めは、位置合わせするための基準がない
ので多量のセンサを製造する場合に位置合わせのための
治具が必要になり、コスト増を招くという点も問題であ
った。

本発明の目的は、上述したような問題点の解決を図り、
荷重検出素子に加えられる荷重に対し、端子接続部にか
かる応力を極力分散させることのできる分布型圧覚セン
サを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、本発明は、弾性床上に、
荷重検出用の半導体ストレンゲージおよびこの半導体ス
トレンゲージからの信号取出し用端子接続部が形成され
た複数の荷重検出素子をマトリックス状に配設し、端子
接続部に接続される回路を具えたフレキシブルプリント
回路基板が複数の荷重検出素子上に所定の間隔を保って
設けられると共に、荷重検出素子の受圧部をフレキシブ
ルプリント回路基板から上部に突出させ、受圧部を介し
て荷重検出素子に加えられた荷重の検出が可能な分布型
圧覚センサにおいて、弾性床上の荷重検出素子間にフレ
キシブルプリント回路基板を支持可能なスペーサ部材を
設けると共に、フレキシブルプリント回路基板を個々の
端子接続部ごとに上下に撓み易い形態に形成したことを
特徴とするものである。

〔作用〕

本発明によれば、弾性床上の荷重検出素子間に配設した
フレキシブルプリント回路基板支持用のスペーサ部材、
すなわち支持部材によりフレキシブルプリント回路基板
を支持して、その過度の変形を抑制することができると
共に、フレキシブルプリント回路基板の端子接続部に関
連する部分をそれぞれ上下に撓み易いような形態に形成
したことによって、荷重検出素子が仮に荷重によって変
形しても個々の端子接続部自体がそれにつれて回路基板
と共に柔軟に変位することで、接続部が引き外されたり
するのを防止することができて、圧覚センサとしての信
頼性を高めることができる。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す。これら
の図において、10は弾性床３上の荷重検出素子２の間に
それぞれ配設したスペーサ部材であり、その高さを第１
図に示すように端子接続部５の上面とほぼ合わせるよう
にして形成する。なお、このようなスペーサ部材10は弾
性床３と一体に同質材料で形成してもよい。

またここで、フレキシブルプリント回路基板４は、第２
図に示すように、その荷重検出素子２と接続される端子
接続部５が個々に独立するよう基板自体が荷重検出素子
２の周囲部近傍でプリント回路に沿って例えば筋状に分
割した状態に形成されており、このように構成すること
によって、仮りに、荷重検出素子２自体、あるいはフレ
キシブルプリント回路基板４が荷重のために変形して
も、受圧部2Aの中間ではスペーサ部材10がフレキシブル
プリント回路基板４の変形を抑制すると共に、端子接続
部５の近傍では、フレキシブルプリント回路基板４自体
が順応して撓み、応力集中が生じないので、端子接続部
５の接続状態が損われるようなことがない。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、弾性床上に
マトリックス状に配設された荷重検出素子に対し、弾性
床上の荷重検出素子間にフレキシブルプリント回路基板
を支持可能なスペーサ部材を設けると共に、このフレキ
シブルプリント回路基板を荷重検出素子との端子接続部
ごとに上下に撓み易いような形態に形成したので、荷重
によって荷重検出素子自体、あるいはフレキシブルプリ
ント回路基板が変形する場合でも複数の端子接続部に集
中的に応力がかかるのを緩和することができ、更にはス
ペーサ部材を設けたことによって、弾性床上に荷重検出
素子を配列させる場合の位置決めが容易となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、 第２図は第１図のＢ−Ｂ′線断面図、 第３図は従来技術による第１例の構成図、 第４図は第３図に示す例の動作の説明図、 第５図は従来技術による第２例の側面図、 第６図は従来技術による第３例の構成を示す断面図、 第７図は第６図の部分拡大による荷重検出動作の説明
図、 第８図は第７図の動作により変形する動作の説明図、 第９図は第８図のＡ−Ａ′線断面図、 第10図は第６図の部分拡大による他の動作の説明図、 第11図は第10図の動作により発生する変形動作の説明図
である。 ２……荷重検出素子、2A……受圧部、３……弾性床、４
……フレキシブルプリント回路基板、５……端子接続
部、10……スペーサ部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性床上に、荷重検出用の半導体ストレン
   ゲージおよび該半導体ストレンゲージからの信号取出し
   用端子接続部が形成された複数の荷重検出素子をマトリ
   ックス状に配設し、前記端子接続部に接続される回路を
   具えたフレキシブルプリント回路基板が前記複数の荷重
   検出素子上に所定の間隔を保って設けられると共に、前
   記荷重検出素子の受圧部を前記フレキシブルプリント回
   路基板から上部に突出させ、前記受圧部を介して前記荷
   重検出素子に加えられた荷重の検出が可能な分布型圧覚
   センサにおいて、 前記弾性床上の前記荷重検出素子間に前記フレキシブル
   プリント回路基板を支持可能なスペーサ部材を設けると
   共に、前記フレキシブルプリント回路基板を個々の前記
   端子接続部ごとに上下に撓み易い形態に形成したことを
   特徴とする分布型圧覚センサ。